Fiziologik hayotiy belgilarning inson salomatligi ko'rsatkichlari sifatidagi ahamiyati tibbiyot mutaxassislari tomonidan uzoq vaqtdan beri tushunilgan, ammo hozirgi COVID-19 pandemiyasi ham uning ahamiyati haqida jamoatchilik xabardorligini oshirdi.
Afsuski, hayotiy belgilarning doimiy monitoringini o'tkazayotgan odamlarning aksariyati allaqachon o'tkir kasallik uchun davolanayotgan klinik sharoitda bo'lishlari mumkin. Kasallikni davolash va bemorni tiklash samaradorligining ko'rsatkichi sifatida hayotiy belgilarni ishlatish o'rniga, kelajakdagi model sog'liqni saqlash tizimi kasallikning boshlanishining potentsial ko'rsatkichlarini aniqlash vositasi sifatida doimiy va uzoqdan hayotiy belgilar monitoringini qo'llaydi, bu esa klinisyenlarga og'ir kasallikning rivojlanishiga aralashish imkonini beradi.Avvalgi eng erta imkoniyat.
Klinik darajadagi sensorlarning tobora kuchayib borayotgan integratsiyasi oxir-oqibat kontakt linzalari kabi muntazam ravishda utilizatsiya qilinishi va almashtirilishi mumkin bo'lgan bir martalik, kiyiladigan hayotiy belgilar uchun sog'liq uchun yamoqlarni ishlab chiqish imkonini beradi.
Ko'pgina sog'liq va fitnes qurilmalari hayotiy belgilarni o'lchash imkoniyatlarini o'z ichiga olgan bo'lsa-da, ularning ko'rsatkichlarining yaxlitligi bir qator sabablarga ko'ra so'roq qilinishi mumkin, jumladan, ishlatiladigan sensorlarning sifati (ko'pchilik klinik darajaga ega emas), ular qayerda o'rnatilgani va sensorlar qayerda. sifati.kiyish paytida jismoniy aloqa.
Ushbu qurilmalar sog'liqni saqlash sohasi bo'lmagan mutaxassislarning qulay va qulay kiyinadigan qurilma yordamida tasodifiy o'zini o'zi kuzatish istagi uchun etarli bo'lsa-da, ular shaxsiy sog'lig'ini to'g'ri baholash va aniq tashxis qo'yish uchun o'qitilgan tibbiy mutaxassislarga mos kelmaydi.
Boshqa tomondan, hozirda uzoqroq vaqt oralig'ida klinik darajadagi hayotiy belgilar kuzatuvlarini ta'minlash uchun foydalaniladigan qurilmalar katta hajmli va noqulay bo'lishi mumkin va turli darajadagi portativlikka ega. Ushbu dizayn yechimida biz to'rtta hayotiy belgi o'lchovining klinik ahamiyatini ko'rib chiqamiz - qon Kislorod bilan to'yinganlik (SpO2), yurak urish tezligi (HR), elektrokardiogramma (EKG) va nafas olish tezligi (RR) - va har bir sinf uchun klinik eng yaxshi sensor turi - o'qishlarni taqdim etishni ko'rib chiqing.
Sog'lom odamlarda qonning kislorod bilan to'yinganlik darajasi odatda 95-100% atrofida bo'ladi. Biroq, SpO2 darajasi 93% yoki undan past bo'lsa, odam nafas olish qiyinlishuvini boshdan kechirayotganini ko'rsatishi mumkin, masalan, COVID-19 bilan og'rigan bemorlarda keng tarqalgan alomat, bu uni yanada og'irlashtiradi. Tibbiyot mutaxassislari tomonidan muntazam monitoring uchun muhim hayotiy belgidir.Fotopletismografiya (PPG) teri yuzasi ostidagi qon tomirlarini yoritish uchun bir nechta LED emitentlari va SpO2 ni hisoblash uchun aks ettirilgan yorug'lik signalini aniqlash uchun fotodiod qabul qilgichdan foydalanadigan optik o'lchash usulidir. Ko'pgina bilagiga taqiladigan qurilmalarning umumiy xususiyati bo'lgan PPG yorug'lik signali harakat artefaktlari shovqiniga va atrof-muhit yorug'ligidagi vaqtinchalik o'zgarishlarga moyil bo'lib, bu noto'g'ri ko'rsatkichlarga olib kelishi mumkin, ya'ni bu qurilmalar klinik darajadagi o'lchovlarni ta'minlamaydi .Klinik sharoitda , SpO2 barmoq bilan taqiladigan puls oksimetri (2-rasm) yordamida o'lchanadi, odatda statsionar bemorning barmog'iga doimiy ravishda biriktiriladi. Batareya quvvati bilan ishlaydigan portativ versiyalar mavjud bo'lsa-da, ular faqat intervalgacha o'lchovlarni amalga oshirish uchun mos keladi.
Sog'lom yurak urish tezligi (HR) odatda daqiqada 60-100 urish oralig'ida deb hisoblanadi, ammo individual yurak urishlari orasidagi vaqt oralig'i doimiy emas. Odatda yurak urish tezligining o'zgaruvchanligi (HRV) deb ataladi, bu shuni anglatadiki yurak urish tezligi bir necha yurak urish sikllari davomida o'lchanadigan o'rtacha ko'rsatkichdir. Sog'lom odamlarda yurak urish tezligi va yurak urish tezligi deyarli bir xil bo'ladi, chunki yurak mushaklarining har bir qisqarishi bilan qon butun tanaga pompalanadi. Biroq, ba'zi jiddiy yurak kasalliklari sabab bo'lishi mumkin. yurak va yurak urish tezligi farq qiladi.
Masalan, atriyal fibrilatsiya (Afib) kabi aritmiyalarda yurakdagi har bir mushak qisqarishi qonni butun tanaga pompalamaydi - buning o'rniga qon yurakning o'zida to'planadi va bu hayot uchun xavfli bo'lishi mumkin. aniqlash uchun, chunki u ba'zan vaqti-vaqti bilan va faqat qisqa vaqt oralig'ida sodir bo'ladi.
Jahon sog'liqni saqlash tashkiloti ma'lumotlariga ko'ra, Afib 40 yoshdan oshgan odamlarda har to'rtta insultga sabab bo'ladi, bu kasallikni aniqlash va davolash imkoniyatiga ega bo'lish muhimligini ko'rsatadi. yurak urish tezligi, AFni aniqlash uchun ularga tayanib bo'lmaydi. Buning uchun uzoq vaqt oralig'ida yurakning elektr faolligini -- elektrokardiogramma (EKG) deb ataladigan yurak elektr signallarining grafik tasvirini uzluksiz yozib olish kerak.
Xolter monitorlari shu maqsadda qoʻllaniladigan eng keng tarqalgan klinik darajadagi portativ qurilmalardir. Ular klinik sharoitlarda qoʻllaniladigan statik EKG monitorlariga qaraganda kamroq elektrodlardan foydalansalar-da, ular katta hajmli boʻlishi mumkin va ayniqsa uxlash vaqtida kiyinish noqulay boʻlishi mumkin.
Daqiqada 12-20 nafas olish ko‘pchilik sog‘lom odamlar uchun kutilgan nafas olish tezligidir (RR). Minutiga 30 dan ortiq nafas olish tezligi isitma yoki boshqa sabablarga ko‘ra nafas olish qiyinlishuvi ko‘rsatkichi bo‘lishi mumkin. Ayrim taqiladigan qurilmalar yechimlari akselerometr yoki PPGdan foydalanadi. RR xulosa chiqarish texnologiyasi, klinik darajadagi RR o'lchovlari EKG signalida mavjud bo'lgan ma'lumotlar yordamida yoki terining elektr impedansini tavsiflash uchun ikkita sensordan foydalanadigan bioimpedans (BioZ) sensori yordamida amalga oshiriladi.Bemorning tanasiga biriktirilgan bir yoki bir nechta elektrodlar.
FDA tomonidan tasdiqlangan EKG funksiyasi ba'zi yuqori darajadagi sog'liqni saqlash va fitnes taqiladigan qurilmalarda mavjud bo'lsa-da, bioimpedans sensori odatda mavjud bo'lmagan xususiyatdir, chunki u alohida BioZ sensori ICni qo'shishni talab qiladi. RR ga qo'shimcha ravishda BioZ sensori Bioelektrikni qo'llab-quvvatlaydi. Empedans tahlili (BIA) va bioelektrik impedans spektroskopiyasi (BIS), ularning ikkalasi ham tana mushaklari, yog 'va suvning tarkibiy darajasini o'lchash uchun ishlatiladi. BioZ sensori, shuningdek, empedans elektrokardiografiyasini (ICG) qo'llab-quvvatlaydi va terining galvanik reaktsiyasini o'lchash uchun ishlatiladi ( GSR), bu stressning foydali ko'rsatkichi bo'lishi mumkin.
1-rasmda uchta alohida sensor (PPG, EKG va BioZ) funksiyalarini bitta paketga birlashtirgan AFE IC klinik darajadagi hayotiy belgilarning funktsional blok diagrammasi ko'rsatilgan.
1-rasm MAX86178 ultra kam quvvatli, 3-si 1-da klinik darajadagi hayotiy belgilar AFE (Manba: Analog qurilmalar)
Uning ikki kanalli PPG optik ma'lumotlarni yig'ish tizimi 6 tagacha LED va 4 ta fotodiodli kirishni qo'llab-quvvatlaydi, LEDlar ikkita yuqori oqimli, 8 bitli LED drayverlari orqali dasturlashtiriladi. Qabul qilish yo'li ikkita past shovqinli, yuqori aniqlikdagi o'qish kanaliga ega, Har biri mustaqil 20-bitli ADC va atrof-muhit yorug'ligini bekor qilish sxemasini o'z ichiga oladi, bu 120 Gts chastotada 90 dB dan ortiq atrof-muhitni rad etishni ta'minlaydi. PPG kanalining SNR darajasi 113 dB gacha, SpO2 ni faqat 16 µA o'lchashni qo'llab-quvvatlaydi.
EKG kanali yuqori sifatli EKG ma'lumotlarini to'plash uchun zarur bo'lgan barcha asosiy xususiyatlarni ta'minlaydigan to'liq signal zanjiri bo'lib, moslashuvchan daromad, tanqidiy filtrlash, past shovqin, yuqori kirish empedansi va bir nechta qo'rg'oshin tarafkashlik imkoniyatlari. Tez tiklanish kabi qo'shimcha funktsiyalar , AC va DC qo'rg'oshinni aniqlash, ultra past quvvatli kabelni aniqlash va o'ng oyoqli haydovchi quruq elektrodlari bo'lgan bilagiga taqiladigan qurilmalar kabi talabchan ilovalarda mustahkam ishlash imkonini beradi. Analog signal zanjiri keng diapazonga ega 18 bitli sigma-delta ADCni boshqaradi. foydalanuvchi tanlaydigan chiqish namunasi stavkalari.
BioZ qabul qilish kanallarida EMI filtrlash va keng qamrovli kalibrlash mavjud. BioZ qabul qilish kanallarida shuningdek, yuqori kirish empedansi, past shovqin, dasturlashtiriladigan daromad, past o'tkazuvchan va yuqori o'tkazuvchan filtr opsiyalari va yuqori aniqlikdagi ADC mavjud. Kirish stimullarini yaratishning bir necha usullari mavjud: muvozanatli kvadrat to'lqin manbai/cho'kish oqimi, sinus to'lqin oqimi va sinus to'lqin va kvadrat to'lqin kuchlanish stimulyatsiyasi. Turli xil stimulyatsiya amplitudalari va chastotalari mavjud. Bundan tashqari, BIA, BIS, ICG va GSR ilovalarini qo'llab-quvvatlaydi.
FIFO vaqt ma'lumotlari barcha uchta sensor kanalini sinxronlashtirishga imkon beradi. 7 x 7 49 bo'lakli gofret darajasidagi paketga (WLP) joylashtirilgan AFE IC atigi 2,6 mm x 2,8 mm o'lchaydi va bu uni klinik darajadagi dizayn uchun ideal qiladi. kiyinadigan ko'krak qafasi (2-rasm).
2-rasm BIA va uzluksiz RR/ICG, EKG, SpO2 AFE ni qo'llab-quvvatlaydigan ikkita nam elektrodli ko'krak qafasi patchi (Manba: Analog qurilmalar)
3-rasmda ushbu AFE uzluksiz HR, SpO2 va EDA/GSR bilan talab bo'yicha BIA va EKGni ta'minlash uchun bilakka taqiladigan qurilma sifatida qanday ishlab chiqilishi mumkinligini ko'rsatadi.
3-rasm: BIA va EKGni qo'llab-quvvatlovchi, doimiy HR, SpO2 va GSR AFE bilan to'rtta quruq elektrodli bilagiga taqiladigan qurilma (Manba: Analog qurilmalar)
SpO2, HR, EKG va RR diagnostik maqsadlarda tibbiyot mutaxassislari tomonidan qo'llaniladigan muhim hayotiy belgilar o'lchovlaridir. Taqiladigan asboblar yordamida hayotiy belgilarning doimiy monitoringi kelajakdagi sog'liqni saqlash modellarining asosiy komponenti bo'lib, simptomlar paydo bo'lishidan oldin kasallikning boshlanishini bashorat qiladi.
Hozirda mavjud bo'lgan ko'plab hayotiy belgilar monitorlari sog'liqni saqlash xodimlari tomonidan foydalanilmaydigan o'lchovlarni ishlab chiqaradi, chunki ular foydalanadigan sensorlar klinik darajaga ega emas, boshqalari esa oddiygina RRni aniq o'lchash imkoniyatiga ega emas, chunki ular BioZ sensorlarini o'z ichiga olmaydi.
Ushbu dizayn yechimida biz uchta klinik darajadagi sensorlarni - PPG, EKG va BioZni bitta paketga birlashtirgan ICni namoyish qilamiz va uni SpO2, HR, EKG va RR ni o'lchash uchun ko'krak qafasi va bilakka taqiladigan qurilmalarga qanday loyihalash mumkinligini ko'rsatamiz. BIA, BIS, GSR va ICG kabi sog'liq bilan bog'liq boshqa foydali funktsiyalarni taqdim etish bilan birga. IC klinik darajadagi taqiladigan qurilmalarda qo'llanilishidan tashqari, yuqori darajadagi ma'lumotni taqdim etish uchun aqlli kiyimga integratsiya qilish uchun idealdir. sportchilarning ishlashi kerak.
Endryu Burt - Sanoat va sog'liqni saqlash biznes bo'limi, analog qurilmalar bo'limining ijrochi menejeri
Yuborilgan vaqt: 2022-yil 05-avgust